论文部分内容阅读
随着科学技术的不断进步,热流的测量受到了广泛重视,用于热流测量的传感器也得到了广泛研究。薄膜技术的广泛应用推动了薄膜热流传感器的研究,这类传感器在我国航空航天行业的气动热和热防护以及工业生产领域有着广泛的应用前景。而瞬态高精度测量一直是薄膜热流传感器测量中的难点问题,现阶段热流测量的瞬态响应时间都在毫秒级且量程大多在千瓦级。本文主要对薄膜型瞬态大量程热流传感器的关键结构进行研究,即传感器的热阻层和热电堆层进行制备工艺研究,旨在提升传感器的性能。围绕着薄膜型传感器的热阻层和热电堆层,主要研究内容如下:（1）对薄膜传感器的整体结构进行研究。基于传热学和薄膜热电偶的工作原理,设计包含绝缘层、热电堆及热阻层的多层薄膜热流传感器。并对传感器的瞬态响应时间、量程可以达到的范围以及灵敏度进行了理论计算,证明了方案的可行性。（2）研究了二氧化硅隔热层的电射流沉积工艺。采用SiO2稳定的悬浮液,在硅衬底上电射流沉积了SiO2薄膜,研究了沉积高度和扫描间距对SiO2厚膜的影响,降低电射流沉积高度和采用优化的扫描间距,有助于减少SiO2薄膜裂纹并提高其致密性;讨论了薄膜热处理对薄膜形貌的影响,提出了阶梯烘的方法。采用表面和截面SEM图对所制备的SiO2薄膜进行表征。与PECVD沉积SiO2薄膜作对比,表明采用电射流沉积的SiO2薄膜比PECVD制备的SiO2薄膜热导率低18.7%,因此前者在作为热流传感器热阻层上有着更大的优势。（3）对热电堆的制备工艺进行了研究,采用了制备精度较高的剥离工艺。设计了热电堆剥离工艺的工艺流程,在基底表面采用光刻工艺,结合溅射镀膜制备了热电堆层。采用刻蚀的方法对基底粗糙化处理,研究了基底表面粗糙度对膜基结合力的影响。湿法腐蚀硅片基底,刻蚀时间为25min时粗糙度为116nm,是未进行刻蚀表面的58倍。将未进行粗糙化与粗糙化的基底进行了表面薄膜结合力的测试,结合力从4.3N增加到了13.1N,提高了204%,说明粗糙化的基底更有利于热电堆的制备。